Анализ дисперсии процессов переключения

В результате проведенного цикла экспериментов по исследованию процессов переключения монокристаллов CBN и пьезокерамики ЦТС было установлено, что для всех исследуемых материалов имеет место одинаковое поведение петель диэлектрического гистерезиса в зависимости от частоты электрического поля, в котором осуществлялась выдержка образцов (CBN - рис.

Таблица 5.1 Значения критической частоты

Рис.

19 в импульсных полях в форме меандра. E=(а - 850 В/мм, б - 700 В/мм, в - 600 В/мм). S = 0.25 см²

В общем случае величина переключаемой поляризации в переменных электрических полях зависит не только от величины поля, но и от его частоты (рис. 3.12,6, рис. 4.24,6, рис. 5.1 - 5.4). Ход частотной зависимости переключаемой поляризации аналогичен зависимости температуры, до которой разогревался образец, от частоты поля (рис. 5.2 - 5.4). При этом характерной особенностью поведения переключаемой поляризации при выдержке образцов в переменных полях разных частот является наличие трех областей. Данная особенность проявляется как для разных материалов (рис.

5.2 и рис 5.3), так и для разных форм переключающего импульса (рис. 5.3 - синусоидальное напряжение; рис. 5.4 - меандр).

Первой области на зависимости переключаемой поляризации от частоты электрического поля соответствует линейный рост переключаемой поляризации за счет саморазогрева образца с увеличением частоты поля. В этом интервале частот наблюдаются только частные петли диэлектрического гистерезиса.

Вторая область соответствует наибольшим температурам саморазогрева. В этом случае имеет место уменьшение коэрцитивного поля за счет увеличения температуры образца, что приводит к трансформации петли в полную. Переключаемая поляризация имеет максимальное значение для данной величины электрического поля.

Третья область характеризуется экспоненциальным спадом переключаемой поляризации с увеличением частоты. Подобное поведение можно объяснить следующим образом. При увеличении частоты электрического поля время его воздействия на образец в течении одного полупериода уменьшается. Поскольку согласно теории Мерца [Merzl954] для переключения образца необходимо определенное время, то уменьшение времени воздействии и есть та причина, которая приводит к уменьшению значения переключаемой поляризации. Одновременно происходит снижение температуры саморазогрева.

Уменьшение переключаемой поляризации с ростом частоты электрического поля, согласно общей принятой теории процессов переключения сегнетоэлектриков [Рудяк1986, Иона1965, Барфут1980],

обусловлено выключением из процессов переключения отдельных областей образца.

Интересно отметить, что при прочих равных условиях, как видно из рисунков 5.3 - 5.4 и таблицы 5.1, критическая частота для синусоидального поля оказывается выше, чем для меандра (рис. 5.5, кривые 1, 2). При переключении образца в электрическом поле с импульсами в форме меандра (рис. 5.5, кривая 2) значение переключаемой поляризации при прочих равных условиях было больше, чем в синусоидальных полях (рис. 5.5, кривая 1).

Уменьшение амплитудного значения напряжения меандра приводит к раскрытию петель при более высоких частотах (рис. 5.5, кривые 2, 3, 4). При этом важно отметить, что на частотах, при которых имеют место насыщенные петли гистерезиса, максимальное значение переключаемой поляризации не зависит от амплитуды прикладываемого к образцам напряжения. Уменьшение амплитуды переключающего поля ведет к смещению средней области, соответствующей максимальным значениям переключаемой поляризации (и соответственно максимальным температурам саморазогрева), в сторону более высоких частот (рис. 5.4). Таким образом, после формовки петли ход частотной зависимости переключаемой

поляризации не зависит от величины переключающего поля (рис. 5.5, кривые 2-4).

Рис. 5.2 Наличие областей на частотной зависимости переключаемой поляризации, коррелирующей с максимальной температурой при выдержке в синусоидальном поле с амплитудой 1270 В/мм в диапазоне частот от 50 до 1500 Гц для образца CBN32

Рис.

Рис. 5.4 Наличие областей на частотной зависимости переключаемой поляризации, коррелирующей с максимальной температурой при выдержке в импульсных полях в форме меандра амплитудой 850 В/мм (а), 700 В/мм (б) и 600 В/мм (в) в диапазоне частот от 50 до 1500 Гц для образца ЦТС-19, S = 0.25 см².

Рис. 5.5 Частотные зависимости переключаемой поляризации для всех

представленных в работе образцов и условий выдержки

Интересно отметить, что при исследовании образца ЦТС-19 в синусоидальном поле разной амплитуды на одной частоте (50 Гц) наблюдался линейный рост переключаемой поляризации. Температура саморазогрева выходит на насыщение и начиная с поля 1300 В/мм практически не зависит от напряженности внешнего электрического поля (рис. 5.6).

Рис. 5.6 Полевые зависимости максимальной температуры и переключаемой поляризации для образца ЦТС-19, S=4.9 см².

5.2